3D封装芯片焊点可靠性有限元分析

摘要

选择工业中广泛使用的Sn,Sn3.9Ag0.6Cu钎料作为三维封装芯片键合焊点材料,采用ANSYS有限元软件建立三维封装模型,基于Garofalo-Arrhenius本构方程,进行-55～125°C热循环模拟,并通过田口法探讨封装结构和工艺参数对焊点的可靠性影响.结果表明,Cu柱与焊点接触处是整个结构的薄弱区域,在IMC焊点阵列中最右列第二个焊点处出现最大应力.通过田口法,结合有限元模拟结果,获得了4个因子对S/N的贡献度由大到小依次为:焊点阵列、焊点高度、芯片厚度、焊点材料.其中焊点阵列的影响最大,其次是焊点高度、芯片厚度,焊点材料影响最小.基于优化设计,获得了最优的匹配组合为3×3阵列,焊点高度0.02 mm,芯片厚度0.2 mm,焊点材料Cu6Sn5.